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Las causas neurobiológicas del fracaso escolar

Francisco Rodríguez Santos

Índice

a. Introducción.

b. Genes.

c. Cerebro.

d. Cuerpo.

e. Ambiente.

f. Ambiente socio-cultural.

g. Conclusiones para la práctica educativa.

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a. Introducción

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Representaciones actuales del cerebro

• Compuesto por grupos distribuidos de neuronas que mantienen una interconexión funcional, basada en demandas de la experiencia más que en una esquema estrictamente predeterminado

• Puesto que los niveles de organización y procesos son recíprocamente interactivos, es difícil, sino imposible, atribuir una causación última de un nivel de organización sobre otros.

Auto-organización

• Cerebro como sistema que opera de forma plástica y dinámica, auto-organizado y menos restringido por límites localizados menos predeterminados de lo que se pensaba

• Basado en la TGS: desequilibrio que producen las nuevas restricciones produce cambio y flexibilidad a través de la ontogénesis (Piaget)

• Auto-organización como mediador de la plasticidad cerebral a lo largo del curso vital (Cicchetti y Tucker, 1994).

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Desarrollo cognitivo

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Ontogenia

• Es expresión tanto de la individualidad de los sistemas vivos como de la forma en que esa individualidad se concreta.

• En cuanto proceso la ontogenia no representa, pues, el paso de un estado incompleto (embrionario) a otro más completo o definitivo (adulto), sino la manifestación del devenir de un sistema que es en cada instante la unidad en su totalidad.

Desarrollo del cerebro como andamiaje

• Procesos guiados por los genes

• Procesos expectantes de experiencia

• Procesos dependientes de experiencia

Black et als, 1998

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Sinaptogésis

Valores absolutos de glucosa, para diferentes regiones del cerebro por edades

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Aprendizaje

• Es el resultado de la integración de toda la información percibida y procesada

• Se manifiesta en modificaciones estructurales en el cerebro

• Concepto de construcción del conocimiento: aprendizaje a través de la acción.

b. Genes

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Genes

genes

Expresión genética

Paisaje epigenético del desarrollo

Formas alternativas de desarrollo

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Procesos guiados por los genes

• Sirve para guiar la migración de las neuronas, hacer diana en la mayoría de sus conexiones sinapticas y determinar sus funciones diferenciadas

• Proceso de Canalización en las primeras etapas del desarrollo como resistencia a las influencias del entorno

Genes filogenéticamente antiguos y trastornos del neurodesarrollo

• Microcefalia: varios genes producen un tamaño del cerebro.

• Dispraxia verbal: provocado por FOXP2, gen necesario para evolución del lenguaje en la especie.

• Autismo: alteración de NGL4 y SHANK3 afectan a formación y estabilización de sinapsis.

• Dislexia: alteración de ROBO1 afecta a guía y crecimiento dendritas y axón, en especial interhermisféricos.

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Efecto genético “fuerte”

• Desarrollo mismas áreas en sujetos con afinidad genética.

–Áreas del lenguaje: Broca y Wernicke

–Áreas frontales

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c. Cerebro

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Genes

genes

Región X Cerebro

Estructuras neurales

Representaciones

Estructuras neurales

Actividad neural

Expresión genética

Actividad neural

Relación restrictiva Inductor cambio

Procesos expectantes de experiencia

• Corresponde a los denominados periodos “críticos” o “sensibles” y tienen lugar en las edades tempranas del desarrollo del sistema sensorial

• Se prima recibir clases particulares de información del entorno

• Efecto de poda en la sobreabundancia de sinapsis

Bavelier and Neville, 2002

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Redes perceptivas y ejecutivas

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Optogenetic stimulation of a hippocampal engram

activates fear memory recall

Liu et als. Nature 484, 381–385 2012

Actividad cerebral en reposo (niños pretérminos)

• Sección medial del lóbulo occipital

• Cortex somatomotor bilateral

• Cortex temporal posterior bilateral

• Parte medial posterior y lateral de cortex parietal

• Cortex prefrontal

Fransson et als. 2007

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Actividad cerebral en reposo

Efecto del aprendizaje a nivel neuronal

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Formación redes neuronales

d. Cuerpo

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Genes

genes

Región X Cerebro

Estructuras neurales

Representaciones

Estructuras neurales

Actividad neural

Cuerpo

Morfología corporal

Uso del cuerpo

Expresión genética

Actividad neural

Relación restrictiva Inductor cambio

Componentes del Sistema Nervioso

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(Kashima et al., 2014)

Manifestación del sabor en la circulación sanguínea de la cara

Antes Durante

Cómo las emociones se reflejan en el cuerpo

(Nummenmaa et al., 2014)

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Algunos datos del SNE • Presencia de “células madre” neuronales

en el intestino después del nacimiento (Estrada-Moncada et al., 2006; Vanucchi et al, 1996).

• Defectos en la barrera intestinal del microbioma produce síntomas conductuales (Hsiao et al., 2013).

• S. Intestino irritable interfiere la inhibición endógena del dolor en niñas (Williams et al., 2013)

• Dolor abdominal recurrente en la infancia, relacionado vigilancia corporal, ansiedad y depresión (Boyer et al., 2006).

• Relación entre depresión y ansiedad y trastornos GI. Alta prevalencia de abusos físicos y sexuales, pueden jugar un papel importante en esta comorbilidad (Van Oudenhovea).

Cerebro y sistema entérico

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Áreas relevantes en trastornos gastrointestinales

Desarrollo dependiente de actividad

•Experiencias motoras temprana importantes en el desarrollo posterior •Parálisis experimental produce en vía cortico -espinal

Reducción de distribución topográfica de terminales axonales Hipofuncionalidad posterior una vez desaparecida parálisis experimental

•Refinamiento incluye eliminación de terminaciones transitorias y crecimiento de nuevas dianas.

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Localización en columnas

Creación de mapas

• Mapas gruesos: citoarquitectura

• Mapas finos:

– Topográficos

– Por características.

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Redes y dislexia

Redes y TDAH

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Formación redes neuronales

Gruesos: áreas de Brodman

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Reducción de células con el tiempo

Crecimiento y refinamiento redes

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Afectación eje LHPA • Distrés en la infancia

• Trastornos del estado de ánimo (depresión)

• Trastornos de ansiedad

• Trastorno de pánico

• Síndrome de fatiga crónica

• Alcoholismo

• Trastornos inmunes-inflamatorios

Amígdala

Hipocampo

Tálamo

Corteza

Hipotálamo

Hipófisis

G. Suprarrenal

Tronco encéfalo Bulbo

Estímulos

Respuestas

Cortisol Ad, NA

ACTH

CRH

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Efectos de la Presión

• Compresión de planos de tejidos sobre el hueso.

• Modificación de la fascia

• Elongación muscular

• Estimulación de mecanoreceptores y baroreceptores

• Modificación flujo sanguíneo

• Efecto abrazo: Reducción ansiedad en niños con TEPT (Sadeh et al. 2008).

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Presión mecánica profunda

• Produce reflejo parasimpático, incluyendo:

– incremento actividad vagal activación lóbulo anterior del hipotálamo (Gellhorn, 1967):

• Reducción tono muscular

• Reducción actividad emocional

• Incremento sincronización EEG

– reducción EMG.

(Folkow, 1962 y Koizummi et al. 1972)

Presión estática músculo • Reducción tensión arterial (Mitchell et. al, 1977)

• Incremento NO aumenta flujo sanguíneo (Casey

et al., 2011)

• Masaje profundo: Reducción tensión arterial y frecuencia cardiaca (Kaye et al., 2008)

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e. Ambiente

Genes

genes

Región X Cerebro

Estructuras neurales

Representaciones

Estructuras neurales

Actividad neural

Cuerpo

Morfología corporal

Uso del cuerpo

Ambiente

ambiente

Ambiente experimentado

Expresión genética

Actividad neural

Relación restrictiva Inductor cambio

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Procesos dependiente de experiencia

• Sinaptogénesis generada como respuesta a eventos que provén información que ha de ser codificada en el SN

• Incluye adaptación del cerebro a la información, que es única para cada individuo

• Formación de nuevas conexiones neurales

• No tiene lugar en un intervalo de tiempo determinado sino que ocurre a lo largo de todo el ciclo vital

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Relación entre concentración de plomo en sangre y trastornos conductuales y emocionales

• N= 1341 niños, 3-5 años. • Medida concentraciones plomo en sangre • Medida CBCL • Resultados:

– Mayor reactividad emocional – Problemas de ansiedad – TEA – Gradiente-dependiente – En especial niñas de 5 años.

(Jianghong, et al., 2014)

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(Tran et al., 2014)

Efecto del mes de nacimiento y lateralidad manual

Hombres Mujeres

Lateralidad y mes de nacimiento

• Un alto nivel de testosterona intrauterina retrasa el crecimiento del hemisferio izquierdo (Geschwind-Galaburda).

• El nivel de testosterona intrauterina circulante es mayor en los hombres.

• 12-20s pre: diferenciación sexual y pico migración neuronal

• La luz de los meses de mayo-julio incrementan la testosterona en la madre gestante.

• Los varones nacidos de noviembre-enero más probabilidad zurdos.

• Estudio Alemania y Austria, 13.000 sujetos.

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Lateralidad y cognición

• Expresión lingüística (Knecht et al., 2000)

• Procesamiento visual (Willems et al, 2010)

• Memoria declarativa (Hanaver-Torrez et al.,

2012).

• Procesamiento emocional (Propper et al.,

2010).

• Procesamiento del sabor (Cerf et al., 1998).

Relación entre zurdera y trastornos mentales.

• Mayor prevalencia de psicosis en zurdera (Dragovic et al., 2005; Webb et al.

2013) (prev 40%)

• No claro con trastornos emocionales (Nowakowska et al., 2008; Webb, et al., 2013)

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Enriquecimiento del entorno

Johanson et al. 2002

(Bennett et al., 1964; Renner et al. , 1987; Rosenzweig, 1984; Volkmar et al. 1972)

Entorno visual del aula y aprendizaje

• 24 preescolares, 3 aprendizajes en aula sobrecargada (AS) y 3 en aula con menos estímulos (ANS).

• Grado aprendizaje: AS Pc 40, ANS Pc 55 • Porcentaje distracción: AS 38%, ANS 28%

(Fisher et al., 2014)

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(Hanson et al., 2014)

Estrés temprano y sistema límbico

.

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Nutrición

Efectos desayuno

• Desayuno incrementa puntuaciones en test estandarizados y aumento en matemáticas, lectura y vocabulario (Meyers et al. 1989)

• Mejores puntuaciones con cereales que con azúcar o no desayuno (Wesnes et al. 2003)

• Suplemento ácidos grasos mejora rendimiento escolar y conductual en Dispraxia evolutiva (Richardson et al. 2005)

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Resultados estudio desayuno

• Implicación del programa va más allá del tiempo del desayuno en especial por personal en los otros momentos de comida.

• Buena experiencia por el contenido: variedad, cereales, fruta..

• Mejora: salud, energía, emoción, menor ruido en el comedor, en el aprendizaje y la conducta.

• Mejora: disciplina, convivencia, hábitos en los otros niños no pertenecientes al programa.

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Predicción saltarse desayuno

Diferencias significativas: – Índice de Síntomas Comportamentales, – Problemas de Atención, – Hiperactividad, – Cociente de Inteligencia y – Ansiedad.

Regresión Logística: Ansiedad y = -0,35 + 0,035x

Hidratación

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Hidratación y espesor cortical

La falta de líquido afecta a diversas actividades intelectuales

• especialmente a la atención,

• la psicomotricidad y

• la memoria inmediata

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Sueño

Sueño

• Papel importante en la neuroplasticidad

• Restauración de las funciones corticales (Horne,

2000)

• Contribuye a la formación de memorias, :

– sueño de ondas lentas: memoria explicita dependiente de hipocampo

– Sueño REM: memoria procedimental

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Consecuencias de dormir mal

• Efecto sobre procesos cognitivos:

– Reducción de la memoria de trabajo

– Caída de la atención, en especial sostenida

– Pérdida de memoria/falsas memorias

• Efectos sobre la conducta:

– Irritabilidad/angustia

– Dificultades en la inhibición comportamental

– Problemas en la auto-regulación emocional

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Hipnograma infantil

f. Entorno sociocultural

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Genes

genes

Región X Cerebro

Estructuras neurales

Representaciones

Estructuras neurales

Actividad neural

Cuerpo

Morfología corporal

Uso del cuerpo

Ambiente

ambiente

Ambiente experimentado

Expresión genética

Actividad neural

Relación restrictiva Inductor cambio

Socio-cultural

Ideología

Sistemas: educativo, sanitario, social

Westermann et al. 2007; Downey, 2013

Interacciones sociales

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Interacciones sociales

• Trastorno por vinculación en orfanatos rumanos (O’Connor et als. 1999)

• Deprivación social produce reducción oxitocina

• Descubrimiento neuronas espejo (Fadiga et al.

1995)

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Inteligencia interpersonal

• Habilidad para interpretar las intenciones de los demás.

• Necesaria para la cohesión del grupo, participación y colaboración.

• Áreas especializadas en lóbulos frontales.

• Su alteración produce “ceguera mental”

(A) Red Default Mode análisis de RMf en estado de descanso (Smith et al., 2009). (B,C) Los mapas de probabilidad de activación de la actividad durante las condiciones de "descanso " pasivo (B), cognición social (C) and teoria de la mente (D). (E,F) Conjunción de mapas de “descanso” y cognición social (E) y descanso y teoria de la mente (F).

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(A)Emergencia de auto-representación. Activación de regiones medias paralímbicas, bilaterales y parietales.

(B) Emergencia de la representación del otro.

Regulación de las emociones

• Estados de ansiedad o estrés afecta directamente al aprendizaje y la memoria: adrenalina, noradrenalina y cortisol

• Efecto crónico produce déficit cognitivo y en memoria (McEwen et al. 1995)

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Autorregulación emocional (Salovey et

al., 2001)

1. Los individuos deben creer que ellos pueden regular su emoción, es decir, deben tener una autoeficacia de la regulación emocional;

2. Deben manejar los estados emocionales con precisión;

3. Deben identificar y diferenciar aquellos estados que requieran ser regulados;

Autorregulación emocional

4. Deben emplear estrategias que alivien los estados negativos y que mantengan los positivos; y

5. Deben evaluar la efectividad de estas estrategias.

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Ejercicio Físico

• Ejercicio aeróbico mejora salud cardiovascular

• Incremento puntuaciones en test estandarizados, mejora en funcionamiento áreas fronto-medial y parietal superior (Colcombe et al. 2004)

• Mejora de la ventilación es beneficiosos para la ejecución de los estudiantes

Movimiento y aprendizaje (Mavilidi et al. 2015)

• El movimiento del cuerpo puede aumentar el aprendizaje de los niños , especialmente cuando se integra en el aula como parte de una tarea de aprendizaje .

• La adopción de medidas en respuesta a la información, además de simplemente ver o escuchar ella, crea una memoria y vías alternativas para recordar

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Movimiento y aprendizaje

• El conocimiento corporal se basa en la idea de que los procesos cognitivos se desarrollan a partir de interacciones dirigidas a un objetivo entre los organismos y su entorno

• Los gestos tienen una función representativa, la conexión de diferentes modalidades como la verbal, visual y motora .

Música

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Efectos música y aprendizaje

• Escuchar una música en el momento de aprender un contenido, y volverla a oír en el momento de recordar, mejora los resultados. (O’Donnell, 1999).

• La música activa la corteza visual para visualizar imágenes relacionadas con la emoción (Baumgartner et al., 2005).

• La música utilizada con efecto ambiental durante una actividad de escritura creativa aumenta la capacidad imaginativa, resultando en un texto más rico en vocabulario y fantasía (Brewer, 1995).

• Incremento de coordinación motora bimanual (bihemisférica) (Winberger, 2004)

• Mayor extensión corteza auditiva

• Saber entonar y cantar mejora el aprendizaje de la pronunciación de una nueva lengua

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Bilingüismo

Área de Broca y bilingüísmo

Bilingüe temprano Bilingüe tardío

(Kim et als. 1997)

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Analogía del Iceberg

Nivel de superficie

L1 Rasgos superficiales

L2 Rasgos superficiales

Competencia común implícita Representación Conceptual

Beneficios del bilingüismo

• Incrementa focalización en las tareas

• Cambio entre tareas

• Aumenta habilidades cognitivas

• Facilita la memoria

• Incrementa las habilidades de toma de decisiones

• Vuelve más densa la sustancia gris

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Vídeo juegos

Video juegos • Mejores habilidades visuales, mejor capacidad

para prestar atención a estímulos complejos, atención dividida (Grenn et al, 2003)

• Playing Super Mario Induces Structural Brain Plasticity (Kühn et al., 2013)

• Juegos violentos pueden incrementar conducta antisocial (Anderson, 2004), al igual que en la TV (Wilson et al., 2008).

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Videojuegos

• La exposición a la violencia en la famiia y la influencia de los iguales tiene mayor influencia en la aparición de conductas agresivas que los videojuegos (Ferguson et al. 2012)

• Los videojuegos de acción se han relacionado con la mejora de las habilidades de:

– atención , procesamiento cerebral y las funciones cognitivas incluyendo la visión de bajo nivel a través de las habilidades cognitivas de alto nivel

Efectos negativos E-juegos en motricidad

• Posturas incómodas y sostenidas durante los E-juegos, incrementa riesgo de lesiones músculo esqueléticas.

• Jugar E-juegos que requieren actividad repetitiva, altas aceleraciones y fuerza, produce riesgo de lesión, en especial en aquellos no acostumbrados.

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Efectos positivos E-juegos y motricidad

• Algunos E-juegos sedentarios ha demostrado incrementar las hh motoras finas.

• Jugar a E-juegos activos se ha asociado positivamente a incremento hh motoras gruesas y confianza en el niño.

• E-juegos activos que simulan actividades del mundo real producen una mayor generalización.

(Straker et al., 2014)

g. Conclusiones para la práctica educativa

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• Concienciarse de la importancia de considerar el cerebro en la práctica educativa y, que cuando estamos enseñando, modificamos literalmente sus estructuras.

• Tener en cuenta que las dificultades de aprendizaje pueden estar provocadas por disfunciones cerebrales, pero que ello no conlleva que no se pueda trabajar para mejorar las capacidades del alumno como así lo demuestran múltiples estudios.

• Considerar que la utilización del potencial de inteligencia del cerebro conlleva presentar problemas complejos a los que el alumno ha de dar una respuesta flexible considerando tanto las variables de la situación planteada como su experiencia previa

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• Valorar la importancia de enseñar formas de responder alternativa a distintas situaciones de aprendizaje, adquiriendo las capacidades tanto de creatividad como de inhibición de respuestas no adaptativas.

• Analizar la interrelación percepción-acción en el alumno para plantear actividades que requieran de retroalimentación constante entre ambos procesos para poder ser resueltas.

• Introducir contenidos educativos implícitos de las capacidades de metarrepresentación de los estados mentales de los demás, dentro del trabajo sobre habilidades sociales, no dar por supuesto que el alumno debe entender de forma natural las motivaciones de los otros.

• Utilizar los mapas conceptuales y las redes semánticas como estrategia de organización del conocimiento y facilitador de su recuperación.

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• Ofrecer actividades diversas, no basadas solamente en la rutina, que requieran “pararse a pensar” y que se pongan en marcha procesos emocionales y motivacionales como facilitador de la huella de memoria.

• Introducir contenidos educativos implícitos de las capacidades de metarrepresentación de los estados mentales de los demás, dentro del trabajo sobre habilidades sociales, no dar por supuesto que el alumno debe entender de forma natural las motivaciones de los otros.

• Cuidar aspectos básicos como la alimentación, el ejercicio físico, el sueño y otros, como facilitadores o, en caso contrario, barreras para el aprendizaje del alumno.

• Hacernos conscientes de que una buena competencia en el aprendizaje y la memoria funciona como factor neuroprotector para el deterioro cognitivo y que a largo plazo estamos trabajando para favorecer el desarrollo de la persona durante toda su vida.

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